JP2636876B2 - 光ファイバの分散補償装置 - Google Patents
光ファイバの分散補償装置Info
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- H04B10/2513—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to chromatic dispersion
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、石英系単一モード光ファイバの分散を補償
して、全伝送系の零分散波長を任意所望の波長域にシフ
トさせることができる光ファイバの分散補償装置に関す
るものである。
して、全伝送系の零分散波長を任意所望の波長域にシフ
トさせることができる光ファイバの分散補償装置に関す
るものである。
［従来の技術］ 従来の単一モード光ファイバでは、比屈折率差0.19
％，コア径9.4μｍのファイバで、波長1.55μｍにおい
て0.2dB/kmという理論限界に近い低損失が報告されてい
る（T.Miya et al.,Electron,Lett.,15（1979）106）。
しかし、この石英光ファイバの全分散が零になる波長は
1.32μｍであり、最低損失値を与える波長を1.55μｍで
は全分散が1.7ps/Å/kmであることが報告されている
（A.Sugimura et al.,IEEE,J.of QE.16（1980）215）。
その後、波長1.55μｍ帯で分散を最小にした理想的な伝
送媒体の実現の検討がなされている。
％，コア径9.4μｍのファイバで、波長1.55μｍにおい
て0.2dB/kmという理論限界に近い低損失が報告されてい
る（T.Miya et al.,Electron,Lett.,15（1979）106）。
しかし、この石英光ファイバの全分散が零になる波長は
1.32μｍであり、最低損失値を与える波長を1.55μｍで
は全分散が1.7ps/Å/kmであることが報告されている
（A.Sugimura et al.,IEEE,J.of QE.16（1980）215）。
その後、波長1.55μｍ帯で分散を最小にした理想的な伝
送媒体の実現の検討がなされている。
ここで、材料分散は材料固有のものであるから、構造
分散を制御することによって全分散零の波長を1.32μｍ
からより長波長に移動することが可能である。そのため
に、コアとクラッドの比屈折率差をより大きく設定した
り、Ｗ型の屈折率分布を持たせて広い波長域で全分散を
零とする検討が行われている。
分散を制御することによって全分散零の波長を1.32μｍ
からより長波長に移動することが可能である。そのため
に、コアとクラッドの比屈折率差をより大きく設定した
り、Ｗ型の屈折率分布を持たせて広い波長域で全分散を
零とする検討が行われている。
ところが、このような場合には、特殊な導波構造を形
成するので、散乱がかえって増大する等の問題があり、
困難な課題であった。最近の報告ではコアを純粋石英と
し、クラッドにフッ素をドープすることによりコア−ク
ラッドの比屈折率差を増大させ、かつ純粋石英コアによ
って散乱を低く抑えることができることにより、1.55μ
ｍに零分散を持つファイバでも0.2dB/km程度の低損失を
実現しようという試みがある。最近の報告（たとえば、
田中他,S.62電通学会 半導体・材料全国大会要旨集431
（1987）p.2−218.および田村他，同上,430（1987）p.2
−217.）によれば、Dual shape型あるいは階段付加ガウ
ス型等の特殊な導波構造を付与することにより、1.55μ
ｍに零分散をシフトさせ、かつ0.2dB/kmの伝送損失が実
現されている。
成するので、散乱がかえって増大する等の問題があり、
困難な課題であった。最近の報告ではコアを純粋石英と
し、クラッドにフッ素をドープすることによりコア−ク
ラッドの比屈折率差を増大させ、かつ純粋石英コアによ
って散乱を低く抑えることができることにより、1.55μ
ｍに零分散を持つファイバでも0.2dB/km程度の低損失を
実現しようという試みがある。最近の報告（たとえば、
田中他,S.62電通学会 半導体・材料全国大会要旨集431
（1987）p.2−218.および田村他，同上,430（1987）p.2
−217.）によれば、Dual shape型あるいは階段付加ガウ
ス型等の特殊な導波構造を付与することにより、1.55μ
ｍに零分散をシフトさせ、かつ0.2dB/kmの伝送損失が実
現されている。
［発明が解決しようとする問題点］ 上述のように、単一モード光ファイバの零分散波長を
1.55μｍにシフトさせるためには、特殊な導波構造の付
与が必要であり、また零分散波長を任意所望の波長に精
密にシフトできるような技術はいまだにない状況であ
る。そこで、より簡便な手法で、任意所望の波長に精密
に零分散波長を設定できるようにすることが強く要望さ
れている。
1.55μｍにシフトさせるためには、特殊な導波構造の付
与が必要であり、また零分散波長を任意所望の波長に精
密にシフトできるような技術はいまだにない状況であ
る。そこで、より簡便な手法で、任意所望の波長に精密
に零分散波長を設定できるようにすることが強く要望さ
れている。
そこで、本発明の目的は、最低損失波長帯1.55μｍに
零分散波長を調節するのに、これまでは、特殊な導波構
造を付与しなければならなかった石英系単一モード光フ
ァイバにおいて、その零分散波長を1.32μｍから２μｍ
の波長域の任意所望の波長に、簡便な手法で、かつ極め
て精密に設定できるようにした新規な光ファイバの分散
補償装置を提供することにある。
零分散波長を調節するのに、これまでは、特殊な導波構
造を付与しなければならなかった石英系単一モード光フ
ァイバにおいて、その零分散波長を1.32μｍから２μｍ
の波長域の任意所望の波長に、簡便な手法で、かつ極め
て精密に設定できるようにした新規な光ファイバの分散
補償装置を提供することにある。
［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成して、単一モードの石英系光フ
ァイバの分散を補償するために、本発明では、単一モー
ドの石英系光ファイバと、該単一モードの石英系光ファ
イバと結合された単一モードのフッ化物光ファイバとを
具え、前記石英系光ファイバのファイバ長をL1,前記フ
ッ化物光ファイバのファイバ長をL2としたときに、その
相対値L1/L2を変化させることによって、前記石英系光
ファイバおよび前記フッ化物光ファイバからなる伝送路
の材料分散と構造分散の和である全分散が零となる波長
を、1.32μｍ〜2.0μｍの波長域内の任意所望の波長に
調節して設定可能にし、および前記単一モードのフッ化
物光ファイバとして、カチオンの濃度を基準として計算
された（20〜32モル％）CdF2−（24〜41.2モル％）AlF3
−（24〜41.2モル％）PbF2−（５〜10モル％）LiF−
（０〜７モル％）KF−（０〜８モル％）YF3−（０〜５
モル％）LaF3からなる組成式で規定されるガラスマトリ
ックスに酸素（Ｏ）が0.8から1.5wt％の範囲で添加され
ているガラスを基本組成として用い前記単一モードの石
英系光ファイバの分散を補償するようにしたことを特徴
とする。
ァイバの分散を補償するために、本発明では、単一モー
ドの石英系光ファイバと、該単一モードの石英系光ファ
イバと結合された単一モードのフッ化物光ファイバとを
具え、前記石英系光ファイバのファイバ長をL1,前記フ
ッ化物光ファイバのファイバ長をL2としたときに、その
相対値L1/L2を変化させることによって、前記石英系光
ファイバおよび前記フッ化物光ファイバからなる伝送路
の材料分散と構造分散の和である全分散が零となる波長
を、1.32μｍ〜2.0μｍの波長域内の任意所望の波長に
調節して設定可能にし、および前記単一モードのフッ化
物光ファイバとして、カチオンの濃度を基準として計算
された（20〜32モル％）CdF2−（24〜41.2モル％）AlF3
−（24〜41.2モル％）PbF2−（５〜10モル％）LiF−
（０〜７モル％）KF−（０〜８モル％）YF3−（０〜５
モル％）LaF3からなる組成式で規定されるガラスマトリ
ックスに酸素（Ｏ）が0.8から1.5wt％の範囲で添加され
ているガラスを基本組成として用い前記単一モードの石
英系光ファイバの分散を補償するようにしたことを特徴
とする。
［作 用］ 従来は、石英系単一モード光ファイバにおいて、その
導波構造として、単純なステップ型から高N.A.型やDual
shape型、あるいは階段付加ガウス型等の特殊な導波構
造を付与して、零分散波長のシフトを低損失で行うよう
にしていたのに対して、本発明では、石英系単一モード
光ファイバにフッ化物単一モード光ファイバを結合させ
て分散を補償する。さらにまた、本発明では、石英ガラ
スとは反対符号の分散の大きな、すなわち分散補償性能
の高いCdF2−LiF−Al F3−PbF3系単一モード光ファイバ
を用いるのが有効である。
導波構造として、単純なステップ型から高N.A.型やDual
shape型、あるいは階段付加ガウス型等の特殊な導波構
造を付与して、零分散波長のシフトを低損失で行うよう
にしていたのに対して、本発明では、石英系単一モード
光ファイバにフッ化物単一モード光ファイバを結合させ
て分散を補償する。さらにまた、本発明では、石英ガラ
スとは反対符号の分散の大きな、すなわち分散補償性能
の高いCdF2−LiF−Al F3−PbF3系単一モード光ファイバ
を用いるのが有効である。
［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。
る。
光ファイバの伝送帯域を制限する要因としては、材料
分散，構造分散およびモード分散があるが、これら各分
散による群遅延時間の広がりΔτ(n),Δτ(g)およびΔ
τ(m)の和である全遅延時間の広がりΔτは近似的に
（１）式のように表わされる。
分散，構造分散およびモード分散があるが、これら各分
散による群遅延時間の広がりΔτ(n),Δτ(g)およびΔ
τ(m)の和である全遅延時間の広がりΔτは近似的に
（１）式のように表わされる。
ΔτΔτ(n)＋Δτ(g)＋Δτ(m) （１） 単一モード光ファイバにおいてはモード分散の項は考
慮しなくてもよいから、伝送帯域を制限するのは材料分
散Δτ(n)と構造分散Δτ(g)である。
慮しなくてもよいから、伝送帯域を制限するのは材料分
散Δτ(n)と構造分散Δτ(g)である。
材料分散は材料に固有のものである。構造分散はコア
とクラッドの比屈折率差およびコア径によって主に決定
されるものである。従って、単一モード光ファイバの全
分散を求めるには、材料分散の測定と構造分散の見積り
を行えばよいことになる。
とクラッドの比屈折率差およびコア径によって主に決定
されるものである。従って、単一モード光ファイバの全
分散を求めるには、材料分散の測定と構造分散の見積り
を行えばよいことになる。
材料分散は、第７図に示す精密分光器による分散測定
系により測定された屈折率分散より求めることができ
る。第７図において、１は測定試料、２は試料台、３は
光源、４は光ビームチョッパ、５はスリット、6Aおよび
6Bは反射鏡、７はInSb受光器８、はロックイン増幅器、
９は記録計、10は光ビームチョッパ４とロックイン増幅
器８とを同期して駆動するための同期信号源である。
系により測定された屈折率分散より求めることができ
る。第７図において、１は測定試料、２は試料台、３は
光源、４は光ビームチョッパ、５はスリット、6Aおよび
6Bは反射鏡、７はInSb受光器８、はロックイン増幅器、
９は記録計、10は光ビームチョッパ４とロックイン増幅
器８とを同期して駆動するための同期信号源である。
測定試料の作製のために、14.0モル％のCdF2,10.0モ
ル％のCdO,30モル％のAlF3,30.5モル％のPbF2,5.0モル
％のLiF,4.0モル％のKF,6.5モル％のYF3の混合物50gを9
50℃で15分間にわたって白金るつぼ中で溶融し、鋳型に
キャスティングしてガラスブロックを得た。この場合の
酸素濃度は1.09wt％であった。ガラス転移温度付近（26
0℃）で一昼夜間アニールした後に、正三角柱のプリズ
ムを切り出し、その５面を光学研磨して測定用試料とし
た。
ル％のCdO,30モル％のAlF3,30.5モル％のPbF2,5.0モル
％のLiF,4.0モル％のKF,6.5モル％のYF3の混合物50gを9
50℃で15分間にわたって白金るつぼ中で溶融し、鋳型に
キャスティングしてガラスブロックを得た。この場合の
酸素濃度は1.09wt％であった。ガラス転移温度付近（26
0℃）で一昼夜間アニールした後に、正三角柱のプリズ
ムを切り出し、その５面を光学研磨して測定用試料とし
た。
第７図において、得られた測定試料（プリズム）１を
試料台２に設置し、光源３としてHg,Heの線スペクトル
およびトリクロルベンゼン，ポリスチレンの特性吸収線
を用いて、第１表に示すような0.4〜4.3μｍの波長域の
22波長において屈折率を最小偏角法によって測定した。
同期信号源10からの同期信号によって駆動された光ビー
ムチョッパ４によりチョップされた光はスリット５を通
って縦長の線スペクトルとなり、反射鏡6Aによってプリ
ズム１に入射し、ここで屈折した後に反射鏡6Bによって
InSb受光器７に入射し、ここで電気信号に変換される。
その電気信号は、同期信号源10からの同期信号に同期し
て駆動されるロックイン増幅器８によってロックイン増
幅される。各波長の光に対する増幅器８からの信号は、
試料台２を一定の角度を微動回転させながら記録計９に
記録される。屈折率はプリズムの頂角（α）と各波長ス
ペクトル線の最小偏角δとから次式によって算出され
る。
試料台２に設置し、光源３としてHg,Heの線スペクトル
およびトリクロルベンゼン，ポリスチレンの特性吸収線
を用いて、第１表に示すような0.4〜4.3μｍの波長域の
22波長において屈折率を最小偏角法によって測定した。
同期信号源10からの同期信号によって駆動された光ビー
ムチョッパ４によりチョップされた光はスリット５を通
って縦長の線スペクトルとなり、反射鏡6Aによってプリ
ズム１に入射し、ここで屈折した後に反射鏡6Bによって
InSb受光器７に入射し、ここで電気信号に変換される。
その電気信号は、同期信号源10からの同期信号に同期し
て駆動されるロックイン増幅器８によってロックイン増
幅される。各波長の光に対する増幅器８からの信号は、
試料台２を一定の角度を微動回転させながら記録計９に
記録される。屈折率はプリズムの頂角（α）と各波長ス
ペクトル線の最小偏角δとから次式によって算出され
る。
各波長ごとの最小偏角，得られた屈折率を第１表に示
す。
す。
この屈折率データを用いて、次の（３）式に示す５項
の多項式により屈折率分散カーブを近似した。これら５
項における各係数Ａ〜Ｅは得られた屈折率のデータを用
い最小二乗法により求めた。
の多項式により屈折率分散カーブを近似した。これら５
項における各係数Ａ〜Ｅは得られた屈折率のデータを用
い最小二乗法により求めた。
ｎ（λ）＝Ａλ-4＋Ｂλ-2＋Ｃ＋Ｄλ２＋Ｅλ４（３） ここで、λは波長、ｎ（λ）は各波長ごとの屈折率で
ある。
ある。
第１表の屈折率データに対して、このようにして求め
た係数Ａ〜Ｅを第２表に示す。
た係数Ａ〜Ｅを第２表に示す。
第２表 最小二乗法により得られた係数Ａ〜Ｅ Ａ 1.759515506×10-4 Ｂ 0.006413213589 Ｃ 0.0764974570943 Ｄ −0.00105544929103 Ｅ −2.010702565×10-5 これら係数を（３）式に代入して得られる、14.0CdF2
−10.0CdO−30AlF3−30.5PbF2−5.0LiF−4.0KF−6.5YF3
（モル％）のガラス試料に対する屈折率分散カーブ上に
第１表の測定データをプロットして第２図に示す。ここ
で、11は屈折率分散カーブ、11Aは測定値を示す。第２
図によれば、（３）式および第２表の係数Ａ〜Ｅにより
測定屈折率の波長依存性がよく表わされていることがわ
かる。
−10.0CdO−30AlF3−30.5PbF2−5.0LiF−4.0KF−6.5YF3
（モル％）のガラス試料に対する屈折率分散カーブ上に
第１表の測定データをプロットして第２図に示す。ここ
で、11は屈折率分散カーブ、11Aは測定値を示す。第２
図によれば、（３）式および第２表の係数Ａ〜Ｅにより
測定屈折率の波長依存性がよく表わされていることがわ
かる。
これら係数Ａ〜Ｅを次の（４）式に代入して材料分散
Ｍ（λ）を求めた。
Ｍ（λ）を求めた。
（Ｃは光速） これにより、（１）式で示された材料分散Δτ
(n)（＝Ｍ（λ））が得られた。その結果を第３図に示
す。ここで、12は材料分散カーブを示す。
(n)（＝Ｍ（λ））が得られた。その結果を第３図に示
す。ここで、12は材料分散カーブを示す。
次に構造分散Δτ(g)を求める。これは、Glogeによっ
て次式で得られることが報告されている（D.Gloge,App
l.Opt.,10（1971）2442）。
て次式で得られることが報告されている（D.Gloge,App
l.Opt.,10（1971）2442）。
Ｖ＝aK（n1 2−n2 2）1/2 ｕ＝ａ（K2n1 2−β２）1/2 n1:コアガラスの屈折率 n2:クラッドガラスの屈折率 a:コア半径 λ：光の波長 C:光の真空中での速さ V:規格化周波数 β：伝搬定数 Δ：比屈折率差 （５）式を用い、コアガラスの屈折率1.5780,クラッ
ドガラスの屈折率1.5748,コア半径9.2μm,比屈折率差0.
2％を仮定して構造分散を算出した。それによって得ら
れた構造分散カーブ13を第４図に示す。第４図には上述
の材料分散カーブ14および構造分散と材料分散との和で
ある全分散のカーブ15を併せて示す。
ドガラスの屈折率1.5748,コア半径9.2μm,比屈折率差0.
2％を仮定して構造分散を算出した。それによって得ら
れた構造分散カーブ13を第４図に示す。第４図には上述
の材料分散カーブ14および構造分散と材料分散との和で
ある全分散のカーブ15を併せて示す。
さらに、第５図には、石英系光ファイバにおいて、コ
アガラスの屈折率を1.4612（n0），クラッドガラスの屈
折率を1.4584（n0），コア半径を9.4μm,比屈折率差を
0.19％と仮定して算出した構造分散のカーブ16、実測の
屈折率分散カーブより求められた材料分散カーブ17、お
よびこれら両分散和である全分散カーブ18を示す。
アガラスの屈折率を1.4612（n0），クラッドガラスの屈
折率を1.4584（n0），コア半径を9.4μm,比屈折率差を
0.19％と仮定して算出した構造分散のカーブ16、実測の
屈折率分散カーブより求められた材料分散カーブ17、お
よびこれら両分散和である全分散カーブ18を示す。
全分散が零となる波長は、石英系単一モード光ファイ
バにおいては1.32μｍ、フッ化物光ファイバにおいては
2.0μｍより長波長にある。
バにおいては1.32μｍ、フッ化物光ファイバにおいては
2.0μｍより長波長にある。
第４図および第５図において、1.32μｍ〜2.0μｍの
波長範囲では、両者の全分散の符号は反対符号の関係に
あるので、両者の光ファイバを接続して用いることによ
って、互いに分散を補償できることがわかる。そこで、
本発明は、かかる知見を基にして、単一モードのフッ化
物光ファイバと単一モードの石英系光ファイバを結合さ
せて分散補償装置を構成する。
波長範囲では、両者の全分散の符号は反対符号の関係に
あるので、両者の光ファイバを接続して用いることによ
って、互いに分散を補償できることがわかる。そこで、
本発明は、かかる知見を基にして、単一モードのフッ化
物光ファイバと単一モードの石英系光ファイバを結合さ
せて分散補償装置を構成する。
第６図に、かかる両光ファイバを接続して構成して本
発明による分散補償装置において、その全分散が零とな
る石英系光ファイバのファイバ長L1とフッ化物光ファイ
バのファイバ長L2との比L1/L2と零分散波長との関係、
すなわちファイバ長比の零分散波長特性カーブ19を示
す。第６図が示すように、両者のファイバ長比L1/L2を
変化させることにより、本発明分散補償装置では、任意
所望の波長に零分散をシフトできることがわかる。さら
にまた、本発明では、単一モードのフッ化物光ファイバ
および単一モードの石英系光ファイバの各全分散の波長
依存性カーブが、それぞれ、第４図および第５図に示す
ように既知であれば、かかるファイバ長比L1/L2を細か
く変化させることにより、零分散波長の設計を精密に行
うことが極めてたやすい。
発明による分散補償装置において、その全分散が零とな
る石英系光ファイバのファイバ長L1とフッ化物光ファイ
バのファイバ長L2との比L1/L2と零分散波長との関係、
すなわちファイバ長比の零分散波長特性カーブ19を示
す。第６図が示すように、両者のファイバ長比L1/L2を
変化させることにより、本発明分散補償装置では、任意
所望の波長に零分散をシフトできることがわかる。さら
にまた、本発明では、単一モードのフッ化物光ファイバ
および単一モードの石英系光ファイバの各全分散の波長
依存性カーブが、それぞれ、第４図および第５図に示す
ように既知であれば、かかるファイバ長比L1/L2を細か
く変化させることにより、零分散波長の設計を精密に行
うことが極めてたやすい。
一例として、第１図に、本発による分散補償装置の具
体的実施例として、精密較正装置を内蔵した分散補償装
置の構成の一例を示す。第１図において、20は石英系単
一モード光ファイバ、21はフッ化物単一モード光ファイ
バである。両光ファイバ20と21とはファイバコネクタ22
により結合されている。本発明分散補償装置の主要構成
部である分散補償部100はこれら３部品20,21および22に
より構成されている。本実施例では、以下に述べる精密
較正部200が付随して配設される。
体的実施例として、精密較正装置を内蔵した分散補償装
置の構成の一例を示す。第１図において、20は石英系単
一モード光ファイバ、21はフッ化物単一モード光ファイ
バである。両光ファイバ20と21とはファイバコネクタ22
により結合されている。本発明分散補償装置の主要構成
部である分散補償部100はこれら３部品20,21および22に
より構成されている。本実施例では、以下に述べる精密
較正部200が付随して配設される。
すなわち、精密較正部200において、23はNd−YAGレー
ザ、24は単一モード光ファイバ、25は回折格子型分光
器、26Aおよび26BはGe−APD光検出器、27はサンプリン
グオシロスコープ、28A,28B,28C,28D,28Eおよび28Fはレ
ンズ、29Aおよび29Bはリード線、30はハーフミラー、31
は減光器である。
ザ、24は単一モード光ファイバ、25は回折格子型分光
器、26Aおよび26BはGe−APD光検出器、27はサンプリン
グオシロスコープ、28A,28B,28C,28D,28Eおよび28Fはレ
ンズ、29Aおよび29Bはリード線、30はハーフミラー、31
は減光器である。
本実施例の分散補償装置の動作にあたっては、Nd−YA
Gレーザ23からの光（波長1.064μｍ）を励起光として、
レンズ28Aを経てファイバ長L1＝１〜2kmのGeO2添加コア
をもつ単一モード光ファイバ24に入射させる。それによ
り、この光ファイバ24から生じてくるラマン光を回折格
子型分光器25に入射させ、ここで、それぞれの波長の光
に分光し、ついでレンズ28Bで集光してから、ハーフミ
ラー30およびレンズ28Cを介して石英系単一モード光フ
ァイバ（被較正ファイバ）20に入射させる。
Gレーザ23からの光（波長1.064μｍ）を励起光として、
レンズ28Aを経てファイバ長L1＝１〜2kmのGeO2添加コア
をもつ単一モード光ファイバ24に入射させる。それによ
り、この光ファイバ24から生じてくるラマン光を回折格
子型分光器25に入射させ、ここで、それぞれの波長の光
に分光し、ついでレンズ28Bで集光してから、ハーフミ
ラー30およびレンズ28Cを介して石英系単一モード光フ
ァイバ（被較正ファイバ）20に入射させる。
それと同時にハーフミラー30で分けられた参照光を減
光器31およびレンズ28Dを介してGe−APD光検出器26で検
出する。その検出信号をリード線29Aによってサンプリ
ングオシロスコープ27に送る。
光器31およびレンズ28Dを介してGe−APD光検出器26で検
出する。その検出信号をリード線29Aによってサンプリ
ングオシロスコープ27に送る。
他方、石英系光ファイバ20を伝搬した光は、ファイバ
コネクタ22によって接続されたフッ化物光ファイバ21を
伝搬し、レンズ28Eおよび28FによってGe−APD光検出器2
6Bに集光されて検出される。その検出信号はリード線29
Bによってサンプリングオシロスコープ27に供給され
る。
コネクタ22によって接続されたフッ化物光ファイバ21を
伝搬し、レンズ28Eおよび28FによってGe−APD光検出器2
6Bに集光されて検出される。その検出信号はリード線29
Bによってサンプリングオシロスコープ27に供給され
る。
このとき、Nd−YAGレーザ23は100MHzの周波数でモー
ドロックし、かつ1kHzの繰り返し周波数でＱスイッチを
かけることによって、ピーク出力2kWのパルス発振を行
わせる。これによって、そのパルス光が両光ファイバ20
および21を通過したことによる各波長での遅延時間をオ
シロスコープ27上で測定する。
ドロックし、かつ1kHzの繰り返し周波数でＱスイッチを
かけることによって、ピーク出力2kWのパルス発振を行
わせる。これによって、そのパルス光が両光ファイバ20
および21を通過したことによる各波長での遅延時間をオ
シロスコープ27上で測定する。
Ge−APD光検出器26Aで受光した参照光のパルスと、光
ファイバ20および21を通過した後にGe−APD光検出器26B
で受光されるパルスとの間の時間差が遅延時間τであ
る。参照光のパルス幅ｔが光ファイバ20および21のもつ
分散により広がって、ｔ′となって観測されるときに、
（ｔ′−ｔ）が群遅延時間の広がりΔτである。第１図
の測定系により、参照光パルスおよび光ファイバ20およ
び21を通過した光のパルスの両方を検出し、Δτ０と
なったときの波長が零分散波長である。
ファイバ20および21を通過した後にGe−APD光検出器26B
で受光されるパルスとの間の時間差が遅延時間τであ
る。参照光のパルス幅ｔが光ファイバ20および21のもつ
分散により広がって、ｔ′となって観測されるときに、
（ｔ′−ｔ）が群遅延時間の広がりΔτである。第１図
の測定系により、参照光パルスおよび光ファイバ20およ
び21を通過した光のパルスの両方を検出し、Δτ０と
なったときの波長が零分散波長である。
さて、第１図示の精密較正部200を用いて零分散波長
の設計を行うためには、設定したい零分散波長λ０（例
えば1.550μｍ）および石英系単一モード光ファイバ20
のファイバ長L1（例えば1km）から、第６図のファイバ
長比の零分散波長特性カーブを用いて、フッ化物単一モ
ード光ファイバ21のファイバ長L2（例えば0.454km）を
決定する。このように長さを定めた両光ファイバ20およ
び21を第１図における分散補償部100にセットする。
の設計を行うためには、設定したい零分散波長λ０（例
えば1.550μｍ）および石英系単一モード光ファイバ20
のファイバ長L1（例えば1km）から、第６図のファイバ
長比の零分散波長特性カーブを用いて、フッ化物単一モ
ード光ファイバ21のファイバ長L2（例えば0.454km）を
決定する。このように長さを定めた両光ファイバ20およ
び21を第１図における分散補償部100にセットする。
次に、レンズ28Cからの入射光に光ファイバ20の位置
を合わせ、続いて光ファイバ21の出射端の位置を調節し
て、オシロスコープ27上のパルス波形が最大となるよう
にセットする。
を合わせ、続いて光ファイバ21の出射端の位置を調節し
て、オシロスコープ27上のパルス波形が最大となるよう
にセットする。
このような状態で、分光器25により波長をスキャンし
ながら零分散測定波長（λ）を求め、設定したい零分散
波長（λ０）よりλが短波長のときは、第６図を用いて
定めたファイバ長になるように、一定の長さの石英系光
ファイバ20を切断し、セットし直す。逆に、λ０よりλ
が長波長の場合には、第６図より算出される一定のファ
イバ長だけフッ化物光ファイバ21より切断し、λを再度
測定する。その繰り返しによって、λをλ０に±0.001
μｍの精度で設定可能である。
ながら零分散測定波長（λ）を求め、設定したい零分散
波長（λ０）よりλが短波長のときは、第６図を用いて
定めたファイバ長になるように、一定の長さの石英系光
ファイバ20を切断し、セットし直す。逆に、λ０よりλ
が長波長の場合には、第６図より算出される一定のファ
イバ長だけフッ化物光ファイバ21より切断し、λを再度
測定する。その繰り返しによって、λをλ０に±0.001
μｍの精度で設定可能である。
フッ化物光ファイバ21の組成としては、上述のように
14.0モル％CdF2−10.0モル％CzO−30モル％AlF3−30.5
モル％PbF2−5.0モル％LiF−4.0モル％KF−6.5モル％YF
3が一例として用いられており、そのコア側についてはK
Fの量を多くし、その分だけLiFの量を減らす。クラッド
側についてはLiFの量を多くし、その分だけKFの量を減
らすことで屈折率差を設け、導波構造を形成している。
14.0モル％CdF2−10.0モル％CzO−30モル％AlF3−30.5
モル％PbF2−5.0モル％LiF−4.0モル％KF−6.5モル％YF
3が一例として用いられており、そのコア側についてはK
Fの量を多くし、その分だけLiFの量を減らす。クラッド
側についてはLiFの量を多くし、その分だけKFの量を減
らすことで屈折率差を設け、導波構造を形成している。
ガラスに酸素を導入するには、上記のガラス組成の一
例においてはCdF21モルに対しCdOを１モルの比例関係で
CdF2の１部分をCdOで置き換えることで簡単にできる。
この方法によると、Cd2+の濃度はガラス中で変化せず、
そのためガラス中のCd2+の含有量からフッ化物ベースで
計算あるいは分析した値とCdF2の割合は変化しない。Cd
F2の範囲は次のように決まる。例えば、（20〜32）mol
％という組成比はCdOとCdF2の両方の形の化合物から由
来するCd+2の総量であり、添加された酸素の重量％は、
これとは独立して決められるものである。あるいは、酸
素はガラス中の他の陽イオン成分のフッ化物と化学量論
的に置換して添加することもできる。
例においてはCdF21モルに対しCdOを１モルの比例関係で
CdF2の１部分をCdOで置き換えることで簡単にできる。
この方法によると、Cd2+の濃度はガラス中で変化せず、
そのためガラス中のCd2+の含有量からフッ化物ベースで
計算あるいは分析した値とCdF2の割合は変化しない。Cd
F2の範囲は次のように決まる。例えば、（20〜32）mol
％という組成比はCdOとCdF2の両方の形の化合物から由
来するCd+2の総量であり、添加された酸素の重量％は、
これとは独立して決められるものである。あるいは、酸
素はガラス中の他の陽イオン成分のフッ化物と化学量論
的に置換して添加することもできる。
本発明において、安定なフッ化物光ファイバ用ガラス
を与えるのは、カチオンの濃度を基準として計算された
（20〜32モル％）CdF2−（24〜41.2モル％）AlF3−（24
〜41.2モル％）PbF2−（５〜10モル％）LiF−（０〜７
モル％）KF−（０〜８モル％）YF3の組成範囲のガラス
マトリックスに、酸素が重量％で0.8〜1.5wt％の範囲で
添加されている組成である。
を与えるのは、カチオンの濃度を基準として計算された
（20〜32モル％）CdF2−（24〜41.2モル％）AlF3−（24
〜41.2モル％）PbF2−（５〜10モル％）LiF−（０〜７
モル％）KF−（０〜８モル％）YF3の組成範囲のガラス
マトリックスに、酸素が重量％で0.8〜1.5wt％の範囲で
添加されている組成である。
屈折率差を設ける他の手法としては、０〜５モル％の
範囲でLaF3の添加量を上記のガラスに対して調節する方
法も可能であり、LaF3の添加によりガラスはより安定化
する。
範囲でLaF3の添加量を上記のガラスに対して調節する方
法も可能であり、LaF3の添加によりガラスはより安定化
する。
これらの組成範囲のどのガラスの材料分散のカーブ
も、第４図のカーブ14と同様に、２μｍより短波長で
は、SiO2の材料分散カーブと反対符号の分散を示し、全
分散カーブはSiO2の全分散を補償できる。かかる組成の
フッ化物ガラスは、他の組成のフッ化物ガラスに比べる
と、材料分散零波長がより長波長（1.9μｍ）にある
（たとえばZrF4−BaF2−LaF3−AlF3系では1.67〜1.7μ
ｍ付近;S.Mitachi and T.Miyashita,Appl.Opt.,22（198
3）2419）。しかもまた、その材料分散も、ZrF4系のフ
ァイバより2.0μｍより短波長では２〜３倍と大きいの
で（同上参照）、石英系単一モード光ファイバの分散を
補償するのに比較的短長のファイバで十分である。以上
のことから、CdF2−LiF−AlF3−PbF2−KF−YF3−LaF3系
ガラスは本発明分散補償装置に用いて極めて有効な光フ
ァイバ用ガラス組成である。
も、第４図のカーブ14と同様に、２μｍより短波長で
は、SiO2の材料分散カーブと反対符号の分散を示し、全
分散カーブはSiO2の全分散を補償できる。かかる組成の
フッ化物ガラスは、他の組成のフッ化物ガラスに比べる
と、材料分散零波長がより長波長（1.9μｍ）にある
（たとえばZrF4−BaF2−LaF3−AlF3系では1.67〜1.7μ
ｍ付近;S.Mitachi and T.Miyashita,Appl.Opt.,22（198
3）2419）。しかもまた、その材料分散も、ZrF4系のフ
ァイバより2.0μｍより短波長では２〜３倍と大きいの
で（同上参照）、石英系単一モード光ファイバの分散を
補償するのに比較的短長のファイバで十分である。以上
のことから、CdF2−LiF−AlF3−PbF2−KF−YF3−LaF3系
ガラスは本発明分散補償装置に用いて極めて有効な光フ
ァイバ用ガラス組成である。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明光ファイバの分散補償装
置によれば、石英系単一モード光ファイバをフッ化物単
一モード光ファイバ、たとえばCdF2−LiF−AlF3−PbF2
系単一モード光ファイバと結合し、両光ファイバのファ
イバ長比を変化させるだけで極めて容易にかつ精密に、
1.32μｍから2.0μｍの波長範囲で任意所望の波長に、
全伝送系の零分散波長を設定することができる。したが
って、本発明は、光ファイバ伝送において、より単純な
ステップ型導波構造の石英系単一モード光ファイバの零
分散を最低損失域である1.55μｍに設定して、低分散−
低損失の長距離光伝送に応用できるという利点を有す
る。
置によれば、石英系単一モード光ファイバをフッ化物単
一モード光ファイバ、たとえばCdF2−LiF−AlF3−PbF2
系単一モード光ファイバと結合し、両光ファイバのファ
イバ長比を変化させるだけで極めて容易にかつ精密に、
1.32μｍから2.0μｍの波長範囲で任意所望の波長に、
全伝送系の零分散波長を設定することができる。したが
って、本発明は、光ファイバ伝送において、より単純な
ステップ型導波構造の石英系単一モード光ファイバの零
分散を最低損失域である1.55μｍに設定して、低分散−
低損失の長距離光伝送に応用できるという利点を有す
る。
しかもまた、本発明分散補償装置によれば、短長のフ
ッ化物光ファイバで十分な分散補償能を発揮することが
できるので、そのファイバ長を長くすることにより、一
層長尺の石英系単一モード光ファイバの分散補償に対し
ても有効である利点がある。
ッ化物光ファイバで十分な分散補償能を発揮することが
できるので、そのファイバ長を長くすることにより、一
層長尺の石英系単一モード光ファイバの分散補償に対し
ても有効である利点がある。
第１図は精密較正部を内蔵した本発明分散補償装置の一
実施例を示す構成図、 第２図はCdF2−LiF−AlF3−PbF2−KF−YF3系フッ化物ガ
ラスの屈折率分散カーブを示す特性図、 第３図はCdF2−LiF−AlF3−PbF2−KF−YF3系フッ化物ガ
ラスの材料分散カーブを示す特性図、 第４図はCdF2−LiF−AlF3−PbF2−KF−YF3系フッ化物単
一モード光ファイバの全分散カーブを示す特性図、 第５図は石英系単一モード光ファイバの全分散カーブを
示す特性図、 第６図は全分散が零となる石英系光ファイバとCdF2−Li
F−AlF3−PbF2−KF−YF3系フッ化物光ファイバのファイ
バ長の比と波長の関係を実施例１に関して示す特性図、 第７図は材料分散を測定するための精密分光器を具えた
分散光学系の一例を示す構成図である。 １……測定試料、 ２……試料台、 ３……光源、 ４……光ビームチョッパ、 ５……スリット、 6A,6B……反射鏡、 ７……InSb受光器、 ８……ロックイン増幅器、 ９……記録計、 10……同期源、 11……屈折率分散カーブ、 11A……測定値、 12……材料分散カーブ、 13……構造分散カーブ、 14……材料分散カーブ、 15……全分散カーブ、 16……構造分散カーブ、 17……材料分散カーブ、 18……全分散カーブ、 19……ファイバ長比の零分散波長特性カーブ、 20……石英系単一モード光ファイバ、 21……フッ化物単一モード光ファイバ、 22……ファイバコネクタ、 23……Nd−YAGレーザ、 24……単一モード光ファイバ、 25……回折格子型分光器、 26A,26B……Ge−APD光検出器、 27……オシロスコープ、 28A,28B,28C,28D,28E,28F……レンズ、 29A,29B……リード線、 30……ハーフミラー、 31……減光器。
実施例を示す構成図、 第２図はCdF2−LiF−AlF3−PbF2−KF−YF3系フッ化物ガ
ラスの屈折率分散カーブを示す特性図、 第３図はCdF2−LiF−AlF3−PbF2−KF−YF3系フッ化物ガ
ラスの材料分散カーブを示す特性図、 第４図はCdF2−LiF−AlF3−PbF2−KF−YF3系フッ化物単
一モード光ファイバの全分散カーブを示す特性図、 第５図は石英系単一モード光ファイバの全分散カーブを
示す特性図、 第６図は全分散が零となる石英系光ファイバとCdF2−Li
F−AlF3−PbF2−KF−YF3系フッ化物光ファイバのファイ
バ長の比と波長の関係を実施例１に関して示す特性図、 第７図は材料分散を測定するための精密分光器を具えた
分散光学系の一例を示す構成図である。 １……測定試料、 ２……試料台、 ３……光源、 ４……光ビームチョッパ、 ５……スリット、 6A,6B……反射鏡、 ７……InSb受光器、 ８……ロックイン増幅器、 ９……記録計、 10……同期源、 11……屈折率分散カーブ、 11A……測定値、 12……材料分散カーブ、 13……構造分散カーブ、 14……材料分散カーブ、 15……全分散カーブ、 16……構造分散カーブ、 17……材料分散カーブ、 18……全分散カーブ、 19……ファイバ長比の零分散波長特性カーブ、 20……石英系単一モード光ファイバ、 21……フッ化物単一モード光ファイバ、 22……ファイバコネクタ、 23……Nd−YAGレーザ、 24……単一モード光ファイバ、 25……回折格子型分光器、 26A,26B……Ge−APD光検出器、 27……オシロスコープ、 28A,28B,28C,28D,28E,28F……レンズ、 29A,29B……リード線、 30……ハーフミラー、 31……減光器。
Claims (1)
- 【請求項１】単一モードの石英系光ファイバと、 該単一モードの石英系光ファイバと結合された単一モー
ドのフッ化物光ファイバと を具え、前記石英系光ファイバのファイバ長をL1,前記
フッ化物光ファイバのファイバ長をL2としたときに、そ
の相対値L1/L2を変化させることによって、前記石英系
光ファイバおよび前記フッ化物光ファイバからなる伝送
路の材料分散と構造分散の和である全分散が零となる波
長を、1.32μｍ〜2.0μｍの波長域内の任意所望の波長
に調節して設定可能にし、および前記単一モードのフッ
化物光ファイバとして、カチオンの濃度を基準として計
算された（20〜32モル％）CdF2−（24〜41.2モル％）Al
F3−（24〜41.2モル％）PbF2−（５〜10モル％）LiF−
（０〜７モル％）KF−（０〜８モル％）YF3−（０〜５
モル％）LaF3からなる組成式で規定されるガラスマトリ
ックスに酸素（Ｏ）が0.8から1.5wt％の範囲で添加され
ているガラスを基本組成として用い前記単一モードの石
英系光ファイバの分散を補償するようにしたことを特徴
とする光ファイバの分散補償装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63085153A JP2636876B2 (ja) | 1988-04-08 | 1988-04-08 | 光ファイバの分散補償装置 |
| US07/333,635 US4969710A (en) | 1988-04-08 | 1989-04-05 | Optical fiber transmission path with dispersion compensation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63085153A JP2636876B2 (ja) | 1988-04-08 | 1988-04-08 | 光ファイバの分散補償装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01257804A JPH01257804A (ja) | 1989-10-13 |
| JP2636876B2 true JP2636876B2 (ja) | 1997-07-30 |
Family
ID=13850722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63085153A Expired - Fee Related JP2636876B2 (ja) | 1988-04-08 | 1988-04-08 | 光ファイバの分散補償装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4969710A (ja) |
| JP (1) | JP2636876B2 (ja) |
Families Citing this family (45)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5042906A (en) * | 1990-07-05 | 1991-08-27 | Hughes Aircraft Company | Dispersion equalized optical fiber link |
| FR2681202B1 (fr) * | 1991-09-06 | 1993-11-12 | Alcatel Cit | Liaison de communication optique avec correction d'effets non lineaires, et procede de traitement d'un signal optique. |
| FR2681145A1 (fr) * | 1991-09-06 | 1993-03-12 | Alcatel Cable | Ligne de communication optique a grande distance et son procede de realisation. |
| FR2681745A1 (fr) * | 1991-09-24 | 1993-03-26 | Thomson Csf | Systeme de transmission optique a compensation de dispersion. |
| US5185827A (en) * | 1991-09-26 | 1993-02-09 | At&T Bell Laboratories | Apparatus for compensating chromatic dispersion in optical fibers |
| JPH05227103A (ja) * | 1991-11-14 | 1993-09-03 | Nec Corp | 光通信方法 |
| US5191631A (en) * | 1991-12-19 | 1993-03-02 | At&T Bell Laboratories | Hybrid optical fiber and method of increasing the effective area of optical transmission using same |
| FR2685835A1 (fr) * | 1991-12-31 | 1993-07-02 | France Telecom | Systeme de transmission tres longue distance sur fibre optique a compensation des distorsions a la reception. |
| FR2688966B1 (fr) * | 1991-12-31 | 1994-07-29 | France Telecom | Systeme de transmission tres longue distance sur fibre optique a compensation des distorsions a la reception. |
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